模具設計與制造專業-塑料模具設計(編輯修改稿)

　

【文章內容簡介】 具約占 33%，壓鑄模具約占 6%，其它各類模具約占 11%。沖壓模具和塑料模具的總和一般占模具總量的 70%以上（各占總量的 1/3 強）。 目前，中國有近 100 萬個模具生產廠，從業人數 800 多萬人，其中華南和華東的模具企業的產值和銷售額占了全國模具制造業的三分之二左右。 我 國模具年生產總量目前已位居世界第二，模具產值占全世界模具總產值的 8%左右，我國模具市場總態勢是產需兩旺。預計 “十一五 ”期間，模具行業年均增長率在 12%～ 15%。到 2020 年我國不但成為模具生產大國，而且進入世界模具生產制造強國。 瀘州職業技術學院 畢業設計 第一章 畢業設計任務 6 第一章 畢業設計任務 制品名稱 ：手機外殼 制品材料 ： ABS 塑料 品數量 ： 100 萬件 表面要求 ：塑件表面不允許有澆注痕、氣孔、燒焦的痕跡、頂白現象 設計時間 ： 30天 圖 11 模具三維造型 瀘州職業技術學院 畢業設計 第二章 手機外殼的工藝性分析 7 第二章 “ 手機外殼 ”的工藝性分析 “溫控開關”成型工藝過程分析 根據設計指導書的設計要求模具的類型是“注塑模具”，故“ 手機外殼 ”的成形工藝過程是“注塑成型過程”，即： ABS 預烘干 → ABS 裝入料斗 →預塑化 →注射裝置準備注射 →注射 →保壓 →冷卻 →脫模 →塑件送下工序 →清理模具、涂脫模劑 →合模 →注射 。 “ 手機外殼 ”材料分析 根據設計指導書中的設計要求材料選用 ABS。 ABS 是丙烯腈、丁二烯和苯乙烯的三元共聚物， A代表丙烯腈， B代表丁二烯， S代表苯乙烯 ， 具有良好的耐化學腐蝕、表面硬度、堅韌、加工性和染色性能，成型的塑件有 較好的光澤。但 ABS 易吸水，使成型塑件表面出現斑痕、云紋等缺陷，為此，成型加工前應進行干燥處理，濕度應小于 %，建議干燥條件為 90~110C0， 2~4 小時。 使用性能： ①綜合性能良好，沖擊韌度、力學強度較高，且要低溫下也不迅速下降。 ②耐磨性、耐寒性、耐水性、耐化學性和電氣性能良好。 ③水、無機鹽、堿、酸對 ABS 幾乎無影響。 ④尺寸穩定，易于成型和機械加工，與 372 有機玻璃的熔接性良好，經過調色可配成任何顏色，且可作雙色成型塑件，且表面可鍍鉻 成型性能： ①無定型塑料，其品種很多，各 品種的機電性能及成型特性也各有差異，應按品種確定成型方法及成型條件。 ②吸濕性強，含水量應小于 ％，必須充分干燥，要求表面光澤的塑件應要求長時間預熱干燥。 ③流動性中等，溢邊料 左右（流動性比聚苯乙烯、 AS 差，但比聚碳酸酯、聚氯乙烯好）。 ④比聚苯乙烯加工困難，宜取高料溫、模溫（對耐熱、高抗沖擊和中抗沖瀘州職業技術學院 畢業設計 第二章 手機外殼的工藝性分析 8 擊型樹脂，料溫更宜取高）。料溫對物性影響較大、料溫過高易分解（分解溫度為 250 176。 C 左右比聚苯乙烯易分解），對要求精度較高的塑件，模溫宜取 50—— 60 176。 C，要求光澤及耐熱型料宜取 60—— 80 176。 C。注射壓力應比加工聚苯乙烯稍高，一般用柱塞式注塑機時料溫為 180—— 230 176。 C，注射壓力為 100—— 140 MPa，螺桿式注塑機則取 160—— 220 176。 C， 70—— 100 MPa 為宜。 ⑤易產生熔接痕，模具設計時應注意盡量減小澆注系統對斜流的阻力，模具設計時要注意澆注系統，選擇好進料口位置、形式。摧出力過大或機械加工時塑件表面呈“白色”痕跡（但在熱水中加熱可消失）。 ⑥ ABS 在升溫時粘度增高，塑料上的脫模斜度宜稍大，宜取 1 176。以上。 ⑦在正常的成型條件下，壁厚、熔料溫度及收縮率影 響極小。 ABS 主要技術指標： 表 11 熱物理性能 密度 (g/ cm179。) — 1． 05 比熱容 (J kg1K1) 1255— 1674 導熱系數 (W m1 K1 102) — 線膨脹系數 (105K1) — 滯流溫度 (176。 C) 130 表 12 力學性能 屈服強度（ MPa） 50 抗拉強度 (MPa) 38 斷裂伸長率 (﹪ ) 35 拉伸彈性模量 (GPa) 抗彎強度 (MPa) 80 彎曲彈性模量 (GPa) 抗壓強 度 (MPa) 53 抗剪強度 (MPa) 24 沖擊韌度 (簡支梁式 ) 無缺口 256 布氏硬度 缺 口 11 表 13 電氣性能 表面電阻率（Ω） 1013 體積電阻率（Ω m） 1014 擊穿電壓（ KV/mm） \ 介電常數（ 106Hz） 介電損耗角正切（ 106Hz） 耐電弧性 (s) 50—85 ABS 成型塑件的主要缺陷及消除措施： 瀘州職業技術學院 畢業設計 第二章 手機外殼的工藝性分析 9 ①主要缺陷 缺料、氣孔、飛邊、出現熔接痕、塑件耐熱性不高（連續工作溫度為 70176。C左右熱 變形溫度約為 93176。 C）、耐氣候性差（在紫外線作用下易變硬變脆）。 ②消除措施 加大主流道、分流道、澆口、加大噴嘴、增大注射壓力、提高模具預熱溫。 “ 手機外殼 ”質量和體積分析 經 UG 三維造型后測得 單個 實際體積約為 ，澆注系統體積約為。 查《模具成型工藝與模具設計》得其密度為 ~，收縮率為%~%，計算出平均密度為 ，平均收縮率為 。 塑件的質量： M 塑 =ρ V 塑 =（ ） g≈ ，式中ρ —— 塑料密度，g/cm3。 澆注系統質量： M 澆 =ρ V 澆 =（ ） g≈ ，式中ρ —— 塑料密度， g/cm3。 故： V 總 =V 塑 +V 澆 =+≈ ， M 總 =M 塑 +M 澆 =+=。 “ 手機外殼 ”成型工藝參數的分析 查《塑料模具設計與制造》表 ，得 ABS 塑料注塑成型工藝參數： 密度 /（ g/ cm3）： ～ ；收縮率 /%： ～ ； 預熱和干燥 / 176。C ： 80～ 85 注塑機類型：螺桿式； 螺 桿轉速 /（ r/min） ： 30～ 60 ； 噴嘴形式：直通式； 噴嘴溫度 / 176。C ： 180~190； 模具溫度 / 176。C ： 50～ 70； 注射壓力 / MPa： 70～ 90； 保壓壓力 / MPa： 50～ 70； 注射時間 / S： 3～ 5； 保壓時間 / S： 15～ 30； 冷卻時間 / S： 15～ 30，； 成型周期 / S： 40～ 70； 料筒溫度 / 176。C ：前部 （ 200～ 210） ； 中部 （ 210～ 230） ； 后部 （ 180～ 200） 。 瀘州職業技術學院 畢業設計 第三章 “手機外殼”的結構分析 10 第三章 “ 手機外殼 ”的結構分析 “ 手機外殼 ”的結構分析 從圖 31 可知該產品 長 126mm、 寬 50、 高 6mm，壁厚為 的蓋類零件，零件無卡 鉤 也無死角，結構較簡單，壁厚較均勻。 塑件表面不允許有氣孔、燒焦的痕跡、頂白現象的質量要求。故，為達到塑件表面質量的要求和提高成型效率，采用 潛伏式 澆口及 頂針 頂出。 圖 手機外殼 3D 圖 “ 手機外殼 ”的精度分析 根據設計任務的要求與客戶商定，標注公差尺寸精度（一般精度）采用 MT3，未標注公差尺寸精度采用 MT5。精度等級：采用 IT13 級。脫模斜度：由于制件厚度適中，脫模斜度取 ?1 比較合適。 “ 手機外殼 ”表面分析 “溫控開關”要求外形美觀，色澤鮮艷，外表面沒有斑點及熔接痕，粗糙度可取 m。而塑件內部沒有較高的表面粗糙度要求。 瀘州職業技術學院 畢業設計 第四章 “手機外殼”的模具設計方案的確定 11 第四章 “ 手機外殼 ” 模具設計方案的確定 型腔數量及排列方式的選擇 型腔數目 n根據： 1pF PAn PA?? 式中 FP ： 注射機的額定鎖力， N P ： 塑料熔體在型腔中的成型力 ， MPa 查表得 70? p? 90 A1 ：澆注系統在分型面上投影與型腔不重疊部分的體積 mm2 A ：單個塑件在分型面上的投影面積 mm2 所以： 1pF PAn PA?? 3250 10 70 1180??? ? ? 一般來說，精度要求高的小型塑件和中大型塑件優先采用 一模一腔的結構；對于精度要求不高的小型塑件（沒有配合精度要求），形狀簡單，又是大批量生產時，若采用多型腔模具可提供獨特的優越條件，使生產效率大為提高，但每增加一個型腔，塑件的尺寸精度將降低 4%。最經濟型腔數目的確定，實質上是注塑件生產成本的經濟核算。從制品尺寸精度和經濟效果考慮，因此模具型腔為一模兩穴，如圖 4— 1 所示。 圖 型腔的排列方式 瀘州職業技術學院 畢業設計 第四章 “手機外殼”的模具設計方案的確定 12 模具結構的確定 ：塑件外觀質量要求不高，尺寸精度要求一般的小型塑件，可采用此結構。 ：塑件外觀質量要求高， 尺寸精度要求一般的小型塑件，可采用此結構。 根據零件特征及布局方式和尺寸精度的要求，該塑 件無卡溝也無死角，因此無需斜坯或側抽心機構， 故采用兩板式 模具 ， 如圖 42所示 。 圖 42 兩板式模具 型腔結構的選擇 成型零件直接與高溫高壓的塑料接觸，它的質量直接影響塑件的質量。型腔結構有整體式和組合體式。根據該產品的特點，節省貴重模具鋼才，降低成本，采用組合體式模仁，裝在動模板、定模板上 ，如圖 43所示 。 瀘州職業技術學院 畢業設計 第四章 “手機外殼”的模具設計方案的確定 13 圖 43 型腔結構 澆注系統的選擇 澆注系統的選擇 模具的澆注系統是指模 具中從注塑機噴嘴開始到型腔入口為止的流動通道。它可分為普通流道澆注系統和無流道澆注系統兩大類型。根據此產品的特點和客戶要求選擇普通流道澆注系統 ，如圖 44所示 。 圖 44 普通流道澆注系統 分流道的選擇 瀘州職業技術學院 畢業設計 第四章 “手機外殼”的模具設計方案的確定 14 分流道的設計應能滿足良好的壓力傳遞和保持理想的填充狀態，使塑料熔體盡快地流經分流道充滿型腔，并且流動過程中壓力損失及熱量損失盡可能小，能將塑料熔體均衡地分配到各個型腔。 分流道的截面面形狀 常用分流道的截面面形狀有圓形、梯形、 U字形和六角形等。要減少流道內的壓力損失，則希望流道的截面積大，流 道的表面積小，以減少傳熱損失，因此可用流道的截面積與周長的比值來表示流道的效率。圓形截面效率最高（即比表面最小），由于正方形流道凝料脫模困難，實際使用側面具有斜度為 5176。～ 10176。的梯形流道。淺矩形及半圓形截面流道，由于其效率低（比表面大），通常不采用，當分型面為平面時，可采用梯形或 U 字型截面的分流道。 從上述分析，為了減少流道的熱量損失考慮到流道的效率，該模具分流道截面采用圓型截面。 分流道的布置形式 分流道的布置取決于型腔的布局，兩者相互影響，該模具為一模兩腔，采用平衡式布置。 平衡式布置要求從主流 道至各個型腔的分流道，其長度、形狀、斷面尺寸等都必須對應相等，達到各個型腔的熱平衡和塑料平衡。因此各個型腔的澆口尺寸也可以相同，達到各個型腔均衡地進料。 該模具分流道為圓形截面，如圖 45所示。 圖 45 分流道的布置 澆口的選擇 澆口